“机电理实一体化”教学模式中，根据教学内容和电工考核知识点将项目划分为三大模块的内容：模块一为常用低压电器的识别和检修。要求学生能正确识别常用的几种低压电器：熔断器、开关、交流接触器、热继电器，熟知分类、功能、基本结构、工作原理，熟记图形符号和文字符号。模块二为电动机典型控制线路的安装，此模块是整个教学过程的重点，具体教学内容和课时安排如表1所示。模块三为常用机床电气控制电路的分析。主要内容包括CA6140型车床电气控制电路的分析及检修；M7120磨床电气控制电路的分析及检修；Z3040摇臂钻床的分析与检修；X62W型卧式铣床电气控制电路的分析及检修；T68卧式镗床电气控制电路的分析及检修。
2.分组实施
任务布置下去之后，下面就是组织学生分小组，每个小组分3~4人。分小组的时候，考虑到学生的层次不同，要求按照动手能力的强弱合理分配。考虑到原来的实验环节中，学生依赖心理比较强，等老师示范之后再动手，主动性不高，效果也不好。这次在《电机与电气控制技术》实践教学过程中采用了一些新办法，事实证明学生的积极主动性得到了很大的提高，整个教学环节中洋溢着求知好学的气氛。师生共同发现问题、解决问题，收获颇丰。具体的实施过程就是首先打破过去的“组长化”，不再固定哪个学生讲解、汇报，人人都有可能是组长。这样的话，学生就不会再抱着等靠的心理，因为每个人都可能被抽到，所以每个人都会认真地对待理论课和实践课，学习的积极性显著提高。在给学生布置任务的时候，要培养他们独立思考问题，用实践去验证理论的好习惯。通过实践，学生会发现每次项目在实施过程中都会出现一些问题，在不断的发现问题过程中，学生积累了很多解决问题的经验，将理论知识点也掌握得更加牢固。由于每次都能将所学知识实用化，学生的积极性也得到了提高。
3.教师队伍一体化
“理实一体化”教学模式对教师队伍的建设提出了更高的要求。要实施一体化教学，要求教师不但具有扎实的理论基础，更要有娴熟的实践技能，丰富的现场解决问题的能力。我系的专业教师95%以上都取得了双师证，50%以上的教师有过企业顶岗锻炼的经历。同时为了加强教师素质，系里积极与企业建立联系，聘请专业技术人员来学校实训中心辅导，将积累的大量实践经验传授给教师，真正做到教师队伍的理实一体化。
4.项目考核
课程建设是专业建设的核心，课程标准是课程的灵魂［2］，是编选教材、组织教学、评价课程教学质量和进行教学管理的主要依据，是加强课程建设，实现专业人才培养目标的重要保障。课程标准是教学大纲的继承和发展，二者都是规范教学的纲领性文件，是根据人才培养方案制订的，是人才培养实施过程的体现。“机电产品电气控制”课程标准以学生职业能力和职业技能形成为重点来确定课程的教学内容标准，一是体现职业性原则，参照职业资格标准编写，充分体现职业性和岗位性要求；二是突出能力原则，以能力分析为基础设计课程，以能力培养为中心组织教学、以能力形成为目标引导学生学习，建立工学结合、任务驱动、项目导向的有效教学模式，以企业认可的能力指标体系评价学习成果；三是可学习性原则，“以学生为本”，突出学生的主体地位，以学生已有的知识和能力为依据，以学生的现有经验为起点，以学生的生活经验为基础，满足学生的兴趣与需求。“机电产品电气控制”课程标准涵盖电气控制和PLC两大类共八个项目。电气控制包括送料小车电气控制线路运行维护、C650－2车床电气控制线路运行维护、Z3040B钻床电气控制线路运行维护、X62W铣床电气控制线路运行维护等四个项目；PLC包括多种液体自动混合装置的PLC控制设计、十字路通灯控制、呼叫送料小车控制、PLC在C650－2车床电气控制系统改造中的应用等四个项目，每个项目由若干个人任务组成。
二、与实训设备相一致的教材建设
“机电产品电气控制”课程采用自编教材。教材的编写紧密结合实现技能型人才培养目标，从内容选材、教学方法、学习方法、实训配套等方面突出高职教育的特点，突出应用能力培养的特点，摆脱理论分析长而深的模式，增加并充实应用实例的内容，对职业岗位所需知识和能力结构进行恰当的设计安排。在知识的实用性、综合性上多下功夫，理论联系实际，加强操作与实训，把学生应用能力培养融汇于教材之中，并贯穿始终［3］。在内容组织上，以符合教学要求的工作过程为基础，由简单到复杂，由单一到综合，层层递进，将职业岗位所需的理论知识系统的串在一起，教材内容基本涵盖了基本电气控制规律、机床电气控制系统，PLC控制系统的组成。由浅入深，由易到难，每个部分都有实践训练，指导学生能够主动学习、提高效率，动手能力能够得到逐步提高。在教材编排上，打破以往教材先理论后实践的编写模式，以典型工作任务和任务的完整性及为主线，以提高职业能力为线索，理论知识够用为度编排教材内容。教材共有与《课程标准》内容相一致的八个学习项目，根据项目理论知识要求，将项目分解成各个子任务，每个子任务都有自己独立的知识点和训练内容，完成了子任务的学习，也就完成了整个项目的学习，并能使知识融会贯通。编写教材时充分体现“以学生为中心”“教中学，学中做”的职业教育理念，强调以学生直接经验形式掌握融于各项实践行动中的知识和技能，以学生能力培养为本位。
三、教学方法的改革
树立以学生为主体，教师为主导的教学理念。学习不仅是为了获取技术，还需要在获取技术的活动中，培养学生的方法能力、社会能力，使学生不仅要有技术适应能力，更重要的是有能力对社会、经济负责的态度，参与设计和创造未来的技术和劳动世界，因此在教学过程中注重强调教师对学生引导的行为。针对不同的教学实施环节，我们选用了不同的教学模式。1．教、学、做一体化教学模式教、学、做一体化教学模式是一边进行知识讲解和操作示范，一边让学生进行课程同步训练，符合学生认知规律。将知识点溶解到任务的实现中，完成学生对知识的理解和应用，能循序渐进地使学生最大限度地掌握知识。教、学、做三者融合，“教”为指导，“学”为过程，“做”为中心。学生在学了以后立即实施，实施完毕再进行总结，加强了对理论知识的掌握程度，巩固了知识在脑海中的印象。教、学、做一体化教学模式有利于学生利用教学软件、仿真软件等课程资源解决课程疑问，提高学习主动性。2．项目引导，任务驱动化教学模式项目引导，任务驱动化教学模式是在校内维修电工实训室、机床电气实训室及PLC实训室完成。围绕“控制线路的设计、安装、调试和运行维护”这一学习情境，把工作过程分成了8个项目，采取项目引导任务驱动，一步一台阶引导学生自主完成基本电气控制线路、机床电气、PLC综合技能实训领域的学习过程。在完成职业活动的学习过程中，也逐步训练和培养了学生系统的工作方法和严谨的工作作风，培养了学生具有良好的职业道德、团队协作能力与沟通能力和较强的工作责任心。教学过程贯彻“学生主体，教师主导”的原则，从教师指导学习教师引导学习学生自主学习。教师的指导作用逐步减弱，学生的主体作用逐步加强［4］。3．基于网络资源的自主学习这种方法突破了时空的限制，通过网络教学将学习延伸到课堂之外。我们将课程教学课件、实训课件和PLC编程软件与仿真软件挂接到课程网站。很多时候，学生在课堂实践中并不能通过一两次的模仿操作就可以理解操作要领和知识点的，少数学生不能独立及时完成一次完整的操作任务。因此，反复练习是提高理解和掌握技能的重要手段。
四、评价体系的改革
实践考核更注重学生的工作过程、职业素养，而非结果。同时，把学生的平时操行纳入考核的范围，对平时表现突出的优秀学生，给予加分；纪律及学习态度不好的，酌情减分。采取以过程考核为主的多元化考核方式的各部分考核所占的比例如下：职业素质考核方法：沿纵向以项目为单元，逐项考核。即在学生完成每个项目的工作任务和实操训练之后，对学生完成该项目的工作任务过程中的能力给予评价和认定。当本课程全部项目的工作任务和实操训练完成后，将各项目考核成绩累加。横向重点考核学生能力发展的渐进过程，即随着学习内容的扩展，评价学生完成工作任务的质量、合作能力及个人素质等，将纵向和横向的考核成绩按比例综合，即为学生学习本课程的最终成绩。
五、结束语
关键词：PBL3717ADSP步进电机控制系统
引言
步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件，广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机，输入一个脉冲信号，电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例，可以通过改变脉冲频率在大范围内调速，易于与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展，DSP（DigitalSignalProcessor数字信号处理器）的性能价格比得到很大提高，使得DSP在电机控制领域的应用愈来愈广泛。本文介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。
1DSP性能简介
美国TI公司的TMS320LF2407A是专为马达控制而设计的一款DSP。它采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减少了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使指令周期缩短到25ns(40MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力。两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：2个16位通用定时器；CAN总线接口模块；16位的串行外设（SPI）接口模块；基于锁相环的时钟发生器；内置正交编码脉冲（QEP）电路；3个捕获单元；16通道A/D转换器；8个16位的脉宽调制（PWM）通道。它们能够实现：三相反相器控制；PWM的对称和非对称波形；当外部引脚PDPINTx出现低电平时，快速关闭PWM通道；可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲；事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电阻、步进电阻、多级电机和逆变器。
2PBL3717A原理与步距控制方法
2.1PBL3717A的原理简介
PBL3717A是SGS公司设计生产的步进电动机单相绕组的驱动电路，内部采用的是H-桥脉宽调制电路。利用外部逻辑电路构成的逻辑分配器或微处理器分配信号，由若干片这种电路和少量无源元件可组成一个完整的多相步进电动机驱动程序，可实现整步（基本步距）、半步或微步距控制。控制方式是双极性、固定OFF（关断）时间的斩波电流控制。下面简要介绍一下PBL3717A的各引脚功能。如图1所示，它采用16脚双列直插塑料封装。1脚（OUTPUTB）和15脚（OUTPUTA）为输出端，分别接一相绕组线圈的两端；2脚（PULSETIME）外接RC定时元件；3、14脚（Vs）是绕组线圈供电电源，可在10～46V的范围内选择；4、5、12、13脚（GND）接地端，可接至热片；6脚（Vss）是IC供电电源接+5V；7、9脚（INPUT1，INPUT0）用于选择绕组线圈电流；8脚（Phase）为相位输入端，用于控制转动方向；16脚（SenseResistor）外部绕组电流采样电阻，采样信号通过RC低通滤波器送至10脚（ComparatorInput），与内部电压比较器的基准电压进行比较；11脚（Reference）外接参考电压，改变Reference可实现微步距控制，例如用1片单片机和2片DAC08088bitD/A转换电路即可实现256细分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下，REFERENCE接固定的+5V，本文仅讨论这种情况。
2.2PBL3717A的步距控制方法
本文所设计的是两修配混合式步进电机的控制系统，具体驱动电路如图2所示。其中，PHASE、INPUT1、INPUT0（图中简写为PH、I1、I0）为输入端，OUTPUTA、OUTPUTB（图中以MA、MB表示）为输出端。因为本文不考虑细分的情况，所以可以把图中的DAC（11引脚）直接接+5V电源。
PHASE的作用是控制步进电动机定子绕组中电流的方向。当PHASE=0时，电流从MB流向MA；当PHASE=1时，电流从MA流向MB。PBL3717A对步距的控制是通过选择I1、I0的不同组合，从而控制绕组电流，达到步距控制的目的。电流的具体数值由VR、RS决定。计算公式如下：Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%级别；
Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%级别；
Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%级别。
PBL3717A能实现三种运行方式。在以下讨论中，以A、B表示二相绕组正向电流工作，以A、B表示二相绕组反向电流工作。
（1）基本步距（整步）工作方式
可用二相激励四拍方式，即ABABABAB实现，也可用单相激励四拍方式，即ABAB实现。
（2）半步距工作方式
半步距方式采用二相，单相交替激励的二相八拍方式，即ABBABAABBABA，这种工作方式是两相激励和单相激励交替出现，每一找不到的转距不相等。在二相激励时的转距是单相的1.4倍，这是因为二相激励时的转距是单相激励时转距的矢量合成。如果两相激励时，采用I1I0=01方式，使电流降到60%，由于磁路原先有饱和效应，此时每相转距可能增大到70%左右，两相合成的转距接近于1。这样电机就可以近似实现恒转距运行。图3示出了在第一象限的转矩矢量图。
（3）1/4步距工作方式
为了实现1/4步距工作方式，要在整步与半步间插入一个1/4步的状态（如图3）。例如上方的1/4步状态，A相绕组取100%电流，B相绕组取20%电流。在第一象限由半步A状态到半步B状态要经过4步，即AA0.2BAB0.2ABB。知道第一象限的矢量图不难推出其它三个象限的矢量图，一个循环需6步完成，即AB0.2ABB0.2ABABA0.2BAA0.2BAB0.2ABB0.2ABABA0.2BAA0.2B，其中0.2A、0.2B分别表示A相、B相绕组取20%电流。
3硬件部分
因为DSP采用3.3V供电，而PBL3717A的工作电压是+5V，所以要考虑3.3V和5V的电平转换问题。如图4所示，为5VCMOS，5VTTL和3.3VTTL电平的转换标准。其中，VOH表示输出高电平的最低电平，VIH表示输入高电平的最低电平，VIL表示输入低电平的最高电压，VOL输出低电平的最高电压。从图中可以看出5VCMOS和3.3VTTL的电平转换标准不同，因此，3.3V器件（LVC）引脚不能直接与5VCMOS器件引脚相连接。在这种情况下，可以采用双电压（一边是3.3V供电，另一边是5V供电）供电的驱动器，如TI公司的SN74ALVC164245，SN74LV4245等。而5VTTL和3.3VTTL的电平转换标准相同，所以它们可以直接相连。因为PBL3717A是TTL兼容电路，所以可以直接将DSP的I/O口和PBL3717的相应引脚相连。在这里，我们选DSP的端口B中的IOPB0，IOPB1，IOPB2，IOPB3，IOPB4，IOPB4分别与PBL3717A的I1B，I0B，I1A，I0A，PhaseA,PhaseB相连接（见图5）。
4软件部分
本文以步进电机工作在1/4步为例设计DSP控制软件。DSP控制软件采用C语言编写。从第一拍到第十六拍的控制字分别为：0x0000、0x0004、0x000c、0x0014、0x0010、0x0011、0x0013、0x0031、0x0030、0x0034、0x003C、0x0024、0x0020、0x0021、0x0023、0x0001。将以上数值存放到数组Run_Table[]中，可通过循环程序调用数组中的相应值赋给端口B的数据和方向控制寄存器PBDATDIR，从而通过DSP的端口B来驱动控制PBL3717A的相应引脚来实现步进电机旋转运行。通过修改run_delay(intcount)延时子程序的count的值可改变电机的运转速度。下面给出了两相步进电机1/4步方式下正转的控制程序清单。
/*Filename:Step.c*/
/*IOPB0=I1B,IOPB1=I0B,IOPB2=I1A,IOPB3=10A,IOPB4=PhaseA,IOPB5=PhaseB*/
#include"f2407_c.h"
staticintRun_Table[]={0x0000,0x0004,
0x000C,0x0014,0x0010,0x0011,0x0013,0x0031,0x0030,0x0034,0x003C,0x0024,0x0020,
0x0021,0x0023,0x0001};
voidmain()
{inti;
InitCPU();
while(1)
{
for(i=0;i<=15;i++)
{
*PBDATDIR=Run_Table[i]|0xff00;
run_delay(10);
}
}
}
传统的教学模式通常以课堂灌输与讲授为主，辅以试验巩固。由于本身课时有限，加之继电器接触器线路的设计应用环节复杂，电气元件图形符号种类繁多、PLC寻址方式和基本指令不易识记等，加之双语教学过程中，教师课堂表述英语用量大，学生接受能力参差不齐，造成课堂教学效果很不理想。1.中英文双语教学学生听力差异双语教学过程中，既要把机自专业知识讲透，还要大力提升英语表述的比例。[3]这样造成的结果是，外语听力稍差的学生需要教师重复解释，或者中文翻译，基础好的学生反而收听重复，使得课时进度受到影响，双语教学的效果大打折扣。2.课堂与实验教学双语比重不同课堂授课使用双语而实验只有中文的教学方法，使得双语教学效果甚微。根据随机调查反映，课堂教学环节双语教学比重大，学生熟悉各个电气元件的英文名称，会用基本的语言进行控制环节的动作描述，但到了实验与实践环节，遭遇了只用中文的尴尬，学生没有配套的双语实验环境。3.双语教辅和资料配套不足目前在国内外还没有发现正式出版的针对机自专业电气控制技术课程的双语或英文原版教材，配套的双语辅助资料、手册等也不多见，无形中增加了双语教学的难度。4.双语教学的评价方法有待改善根据该课程的性质，在教学考核环节既要注重机自专业知识考核，还要兼顾双语基本素质的考查，更要考核学生语言表达与实际操作等诸多能力，仅靠卷面考试和实验得分的单一评价方法显然不合时宜。5.其他问题比如课内互动方式、交流和作业等实践能力培养环节的双语环境建设问题。
二、解决对策
1.[4]CDIO理念提出了将学生作为学习的主体，强调学生的主动性，教师只是组织者和管理者，属于次要位置；CDIO理念强调课程之间的有机联系，对学生特别是教师的思维提出了更高要求；CDIO理念重视学生团队意识和合作意识的培养，取代了学生过多追求高分而“单打独斗”的学习偏见；在教学方法上，倡导以学生主动学习为为主，主讲教师引导帮助为辅等等。在电气控制技术双语教学整个环节中充分运用构思、设计、实现和运作四大法宝，即从重点与非重点、理论与实践、基础与应用等方向对教学内容进行充分构思；教学模式和途径进行多元设计；运用课堂、专业实验室、开放实验室和厂矿企业多层次多方位的教学实现；平时教学启发、引导与实践操作锻炼相结合，专家、教师评价和学生自评相结合进行课程质量考评运作体系。2.双语教学过程的策略与运用（1）双语教学大纲的科学制订。在该课程原有中文教学大纲的基础上，聘请校内外专家、长期授课的一线教师、学生代表，甚至包括PLC、继电接触器生产商在内组成大纲制定小组，探讨该课程涉及的最新技术前沿，列举最新技术产品，根据专业建设目标和课程要求、学生自身特点以及实践环节客观要求，制订切实可行的教学大纲，既反映先进技术的时代特征又密切联系实际，使得制定的教学大纲成为指导双语教学的纲领性文件。（2）课堂教学的多元模式改革。在课堂授课中除了传统板书模式之外，充分运用多媒体现代化教学方法，增加多媒体、视频、音频等教学方式的比重，以最大幅度减小学生对听力的过分依赖，从而避免听力基础参差不齐带来的不良效果。同时，利用CDIO理念，教师应加大课堂互动设计的力度，培养学生团队学习能力和主动学习意识，从而建立双语互动的学习环境，引导学生自适应双语思维的学习意识。（3）探索双语实验教学新模式。实验教师对实验内容和方法的设计，要充分运用双语方法和手段，提高学生口语表达能力，激发学生深入钻研的兴趣。（4）增加双语教材和课外辅助资料投入。好的教材是步入知识之门的敲门砖，特别是双语教材，吸取国外教材在感性认识、广泛性、趣味性等方面的长处，增加图片、实例、提问和思考等多元模块，使得教学内容在保证逻辑性和严密性的前提下内容更加丰富，更易理解和识记，富有趣味性。（5）建立双语教学的考核与评价体系。考核与评价虽然是每门课程结束后不可或缺的环节，但也绝不能因此成为课程学习过程的指挥棒，单为应付考试必然影响双语教学的初衷，背离课程教学目标和意义。结合课堂教学、互动表现、实践操作、卷面考核和作业等环节，建立尊重客观实际的考核体系，引导学生在平时就注重双语学习的良好习惯，摒弃死记硬背、不问所以然的不良学习方法，并为教师下次授课和改进教学方法提供科学数据与案例。（6）主讲教师的双语素质培养。主讲教师是双语教学各个环节得以实施的统领者、组织者和管理者，其语言素质、组织能力、思维灵活性，甚至一举一动都直接关系到各环节的实施效果，应保证教师双语综合素质培养的投入，有条件的最好到国外接收真实外语环境的锻炼和熏陶，接受并学习先进的教学方法和理念，这样才能反馈到实际教学中，从而使学生受益。
三、结语
通常情况下，数控机床的系统一般由三种系统构成，分别为反馈检测系统、NC控制系统和伺服驱动系统。数控机床的电气控制系统对于数控机床的加工方面会产生不同程度和不同方面的影响。从数控机床的加工精度方面来看，其中位置伺服控制系统能够对于机床加工的精度方面产生很大程度上的影响。所以，位置精度属于比较重要的指标之一。要想保持位置精度的准确性，不仅需要在系统使用的时候选择正确的开环放大的倍数，还需要对于位置检测中的元件能够有一定的精度上的要求。另外，由于数控机床属于精度高且效率也很高的一种自动化的设备，它能够为数控机床的生产提供更高的生产效率，但是如果这个系统出现问题和重大故障，那么其所带来的损失也是不可估量的。因此，数控机床电气控制系统的可靠性和安全性也是值得关注的一方面。
2数控机床电气控制系统出现的问题
数控机床在电器控制系统方面的故障一般都是强电故障和弱电故障两种，具体如下所述。
2.1弱电故障弱电指的是数控机床电气控制系统中的电子的元器件以及集成电路为主要的控制的部分。弱电故障中又可以分为硬件发生的故障和软件发生的故障。硬件故障主要是指各种集成电路内部的芯片或者是接插件等出现的事故。软件故障指的是在硬件都属于正常的情况下，内部发生的各种动作性的问题或者是数据出现丢失等问题，一般比较常见的例子有加工程序出现错误或者是计算机的运行出现错误以及系统的程序或者是参数出现错误等。
2.2强电故障强电部分指的是控制系统之中出现的主回路或者是大功率的回路中的继电器或者是电源变压器等一系列的电气的元件以及其中组成的控制电路。强电故障虽然在维修或者是诊断问题的部分较为简单，但是因为其处于一种高压以及大电流的工作状态之下，所以一般强电发生故障的次数要多于弱点故障，因此需要相关的维护和维修人员能够予以重视。
3解决方法
3.1调节法在解决数控机床电气控制系统的众多办法中，调节的方法是其中最为简单的一种。调节法主要是通过对于电位计进行调整，以此来达到修复系统出现的故障的目的。最佳的调整办法是对于伺服驱动系统和被拖动的机械系统来进行系统的调整，并实现最佳的匹配的一种较为综合性的调节的办法。这种调节的办法也较为简单，可以使用一台但是多线的记录仪来或者是双踪示波器来对于观察指令和速度反馈的一种相互响应的关系。一般都是通过对于速度调节器的比例系数以及积分的时间进行调整，促使伺服系统能够达到比较高的动态响应的一种特征，但是又不会出现振荡的一种最恰当的状态。另外，在现场如果没有示波器的情况下，相关的工作人员可以根据自己以往的工作经验，调节来使得电机起振并向反方向慢慢进行调节，一直调节到消除振荡状态为止。
3.2复位法如果数控机床的电气控制系统由于突发性故障而引起系统报警的情况，那么可以是他呀复位法患者是开关系统电源来进行依次地操作来消除故障。但是如果系统内部的工作存储的区域掉电并且插拔电路板以及电池欠压，而造成系统出现混乱的现象，那么就需要对于系统进行初始化操作来进行清除，但是在清除之前需要提前做好数据和信息的拷贝，以免丢失数据。但是如果初始化操作之后故障依旧没有排除，那么就需要进行硬件方面的检查和诊断。
3.3更正法所谓的更正法指的是对于系统中的参数进行修改，程序更正的办法。系统的参数主要是用来确定系统的功能的一种依据，如果系统的参数在设定的时候出现错误那么就很可能造成系统出现故障或者是系统中的某一项的功能失去作用。有的时候可能会因为用户的程序出现错误而导致系统出现故障而停止运作。在这种情况下，系统修复可以使他系统的搜索功能进行检查，来对于用户的程序中出现的错误进行搜索，在搜索完成之后依次改正，这样才能在发现错误之后进行改正，系统才能恢复运行。数控机床电气控制系统的发展在未来的发展道路中将不断走向开放式的发展形式，由于其可靠性和低成本等一系列的优点，将会促使更多的数控系统生产的商家逐步走向甲方是的发展形势。其中，数控机床电气控制系统在速度方面也将走向高速化的发展道路，精度方面也会得到一定的发展。另外，数控机床的电气控制系统还会向智能化方面进行转变。人工智能机在我国的研究和发展已经走向了一定的程度，其在计算机领域的发展也在不断深入，数控系统的智能化程度也将赶上时代的潮流，走向智能化的发展道路。
4结语
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597(2008)0820116－01
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。
三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
[关键词]数控系统伺服电机直接驱动
近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。
一、数控机床伺服系统
（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。
（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。
（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。
二、伺服电机控制性能优越
（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。
（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。
（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。
（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。三、伺服电机控制展望
（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。
另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。
（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。
参考文献：
[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.
